EP4646500A2 - Bipolarplatte für einen elektrolyseur - Google Patents

Bipolarplatte für einen elektrolyseur

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Publication number
EP4646500A2
EP4646500A2 EP23821189.0A EP23821189A EP4646500A2 EP 4646500 A2 EP4646500 A2 EP 4646500A2 EP 23821189 A EP23821189 A EP 23821189A EP 4646500 A2 EP4646500 A2 EP 4646500A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bipolar plate
support elevation
bipolar
membrane
support
Prior art date
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Pending
Application number
EP23821189.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Brunner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4646500A2 publication Critical patent/EP4646500A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B9/60—Constructional parts of cells
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    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
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    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms

Definitions

  • the invention relates to a bipolar plate for an electrolyzer, wherein the bipolar plate comprises a plurality of media channels, at least one FhO inlet port, one FhO'/Ch outlet port and one Fh outlet port. Furthermore, the invention relates to the use of the bipolar plate in a fuel cell stack of an electrolyzer.
  • DE 2020 215 012 A1 relates to a bipolar plate for an electrochemical cell, comprising at least one port, an active surface and a sealing element with exactly one opening for the passage of at least one medium.
  • the sealing element surrounds the at least one port.
  • an electrochemical cell and a method for operating an electrochemical cell are disclosed.
  • DE 101 58 772 C1 and DE 102 48 531 B4 relate to fuel cell stacks with a layering of several fuel cells, whereby media are supplied or removed through bipolar plates and bead arrangements are provided for sealing.
  • bipolar plates for electrolyzers can also have only a single sheet if only two media, namely an anode medium and a cathode medium, have to be separated from each other. In electrolyzers, this is usually not necessary. the cooling medium. The cooling function in electrolyzers is taken over by water, ie the anode medium which is created during water electrolysis.
  • a bipolar plate for an electrolyzer comprising several media channels, at least one FhO inlet port, one FhO'/Ch outlet port and one Fh outlet port.
  • the bipolar plates are arranged one on top of the other as repeating components, sealingly accommodate a port and an insert seal between two bipolar plates lying one on top of the other is fixed by these within an X/Y plane.
  • the solution proposed according to the invention makes it possible to provide a bipolar plate which can be used multiple times as a repeat component within a cell stack and which, due to its shape, simultaneously produces the contour of the bipolar plate on the anode side as well as the corresponding contour on the cathode side of the bipolar plate.
  • a membrane or a subgasket is fixed in the Z direction between the insert seal and the bipolar plate in such a way that openings of the insert seal are open in the region of the ports.
  • the membrane is positioned essentially in a central arrangement within a distribution area of the bipolar plate within the cell stack. This advantageously makes it possible to create cathode and anode spaces of approximately equal size.
  • gas or fluid diffusion layers can be arranged in an anode chamber and/or in a cathode chamber between electrolysis cells formed from superimposed bipolar plates.
  • the bipolar plate proposed according to the invention it is manufactured as a repeat component, in particular as an embossed or stamped metallic component, in particular as a sheet metal component. This enables large-scale production, in particular if the bipolar plate can be manufactured as an embossed sheet metal component with a small thickness.
  • the bipolar plate proposed according to the invention has at least one first X/Y support elevation and at least one Z support elevation on its upper side. Furthermore, the bipolar plate comprises at least one second X/Y support elevation and at least one second Z support elevation on its lower side.
  • stacking aids can be provided so that the cell stack can be constructed more easily and more precisely, even in an automated manner.
  • the anode and cathode spaces are defined via the first and second X/Y support elevations and the first and second Z support elevations, without any additional alignment or joining elements being required when constructing the cell stack.
  • the at least one X/Y support elevation, the at least one first Z support elevation, the at least one second X/Y support elevation and the at least one second Z support elevation are designed as sheet metal beads in the material of the bipolar plate.
  • the at least one first X/Y support elevation, the at least one first Z support elevation on the top side and the at least one second X/Y support elevation and the at least one second Z support elevation on the bottom side of the bipolar plate can be designed to run continuously in the circumferential direction in the region of the ports, or in a further embodiment, the support elevations mentioned can also be designed to be interrupted in segments in the circumferential direction.
  • the openings in the material of the insert seal are oriented essentially in a horizontal direction and can be designed either as bores or as transverse slots.
  • the membrane or the subgasket surrounding the membrane is clamped between the insert seal on the one hand and an upper side of the bipolar plate on the other. Therefore, no separate joining elements are required to fix the membrane or the subgasket surrounding the membrane.
  • the membrane or the subgasket enclosing the membrane is arranged in a central arrangement between two bipolar plates lying one above the other by means of the at least one X/Y support elevation.
  • This arrangement achieves essentially identical geometries in the anode and cathode compartments of the fuel cell within a single fuel cell within the electrolyzer.
  • the at least one second X/Y support elevation is arranged offset from the first X/Y support elevation, wherein the first X/Y support elevation extends in the opposite Z direction.
  • the at least one X/Y support elevation establishes a defined cathode-side distance of the membrane or the subgasket from the bipolar plate, while the at least one second X/Y support elevation establishes a defined anode-side distance of the membrane or the subgasket from the bipolar plate.
  • the invention relates to the use of the bipolar plate in a cell stack, in particular an electrolyzer.
  • the solution proposed according to the invention in the form of the bipolar plate provides a single repeating unit, so that only one type of bipolar plate is required as the only repeating component for a fuel cell stack, in particular an electrolyzer.
  • the bipolar plate proposed according to the invention designed as a repeating unit, creates both the contour of the bipolar plate on the anode side and the associated negative contour of the bipolar plate on the cathode side using one component.
  • an FhO inlet is sealed by the insert seal. This also serves here to transmit the force of the bipolar plates forming the cell stack by means of a clamping device.
  • the insert seal is supported here by means of a first X/Y support elevation, for example designed as a sheet metal bead.
  • the first X/Y support elevation does not necessarily have to be formed over the entire circumference of the H2O inlet port to be sealed, but can also be made, for example, from individual segments with interruptions between them.
  • the first X/Y support elevation for example designed as a sheet metal bead, also serves to align the bipolar plate when pre-stacking the individual bipolar plates, which ultimately form the fuel cell stack.
  • the bipolar plate can have a second support elevation that is formed in the opposite Z direction in relation to the first X/Y support elevation of the bipolar plate.
  • the insert seal can be clamped by the first and second X/Y support elevations mentioned.
  • the fuel cell stack is preferably constructed using the first X/Y support elevation and the second X/Y support elevation as alignment features during pre-stacking.
  • the insert seal is provided with openings that run horizontally to the anode or cathode of the fuel cell to be supplied. These openings can be designed as holes or as transverse slots, for example.
  • the bipolar plate proposed according to the invention designed as a repeating component, is advantageously provided with at least one first Z-support elevation and at least one second Z-support elevation. The support elevations mentioned, which extend in the Z direction and in the Z direction opposite to this, allow a central arrangement of the bipolar plate. In this case, the resulting anode and cathode spaces are advantageously of the same shape.
  • the first Z-support elevation can be used to create a defined cathode-side distance between the membrane or the subgasket surrounding the membrane and the bipolar plate
  • the second Z-support elevation in the form of a support bead can be used to create a defined anode-side distance between the membrane or the subgasket surrounding the membrane and the bipolar plate.
  • the bipolar plate proposed according to the invention represents a component which is installed in a fuel cell stack with provision of the membrane or the subgasket that accommodates the membrane and the insert seal.
  • the bipolar plates are arranged in a repeatable manner, taking into account the positive or negative geometries on the anode or cathode side, respectively, with a substantially constant sheet thickness.
  • the bipolar plate proposed according to the invention is made of metallic material and preferably comprises a thin-walled sheet. Since the media channels can be made from this material as punched-outs with a square or circular cross-section, the said support elevations can be formed as beads, in particular as sheet metal beads, in the material of the bipolar plate.
  • Figure 1 shows a known insert seal as used for a cell stack in electrolysis cells
  • Figure 2 a bipolar plate in plan view with three ports, an H2O inlet port, an FhO outlet port and an Fh outlet port,
  • Figure 3 shows a section of an electrolysis cell stack of an electrolyzer with repeat components and a bipolar plate designed as repeat components and
  • Figure 4 shows a variant of the bipolar plate with a circumferential perimeter bead.
  • Figure 1 shows the schematic representation of a port 12 which is surrounded by a sealing element 10.
  • An insert part 16 with a support structure 18 is arranged in an opening 14, wherein the support structure 18 is designed, for example, as a corrugated sheet 20 and supports a web 22 of the sealing element 10.
  • Reference numeral 24 designates a medium which passes through the port 12 shown in perspective in Figure 1.
  • FIG. 2 shows a schematic top view of an embodiment of the bipolar plate 34 according to the invention intended for an electrolyzer, with a FhO inlet port 38, a FhO/Ch outlet port 40 and a Fh outlet port 42.
  • a bipolar plate 34 proposed according to the invention has a number of media channels 36.
  • the media channels 36 are designed, for example, as a H2O inlet port 38, a FhO/Ch outlet port 40 and a Fh outlet port 42.
  • all media channels 36 have a substantially rectangular or square cross-section, the cross-sections of the media channels 36 can deviate from the Representation according to Figure 2 can also be manufactured in a circular geometry, for example.
  • the bipolar plate 34 shown in the plan view according to Figure 2 is a thin-walled sheet metal component which can be easily formed by embossing and punching processes and which, according to the invention, serves as a repeat component 48 for stacking on top of one another and for building an electrolysis cell stack 46 for an electrolyzer 44.
  • Figure 3 shows a section of an electrolysis cell stack 46 of an electrolyzer 44 with bipolar plates 34 made of metallic material, which are designed as repeating components 48 and have a membrane electrode unit in the form of a membrane 70 surrounded by a subgasket.
  • a FhO inlet port 38 is shown in section.
  • a number of bipolar plates 34 according to the invention, designed as repeating components 48, are arranged around this port within the electrolysis cell stack 46, one above the other.
  • Insert seals 56 are located between the individual bipolar plates 34 of the electrolysis cell stack 46 as shown in Figure 3.
  • the insert seals 56 are provided on their side facing a distribution area 62 with an opening 60 oriented essentially in a horizontal direction.
  • the opening 60 can be designed either as a bore or as a transverse slot or the like.
  • the FhO inlet port 38 shown here in section is designed symmetrically with respect to an axis of symmetry 50.
  • a flow direction of H2O through the FhO inlet port 38 is identified in Figure 3 by reference numeral 52.
  • the electrolysis cell stack 46 is compressed by the application of a clamping force 54.
  • the clamping force 54 is partially transmitted by the insert seals 56.
  • the insert seal 56 is essentially designed in the form of a ring 58 in the illustration according to Figure 3 and serves as the transmission point of the clamping force 54 with which the bipolar plates 34 forming the electrolysis cell stack 46 are clamped against one another.
  • the individual bipolar plates 34 are arranged essentially one above the other in the electrolysis cell stack 46.
  • the upper sides 80 and lower sides 82 of the bipolar plates 34 form anode chambers 66 and cathode chambers 68, respectively. These, in turn, are separated from one another by the membrane 70 of the membrane-electrode unit, which is enclosed by a subgasket.
  • the bipolar plates 34 are preferably stamped or embossed as sheet metal components and are designed as repeating components 48. From the illustration according to Figure 3 it can be seen that at least one first X/Y support elevation 72 and at least one first Z support elevation 76 are formed on the upper side 80 of the bipolar plates 34.
  • the support elevations 72, 76 can be embossed or punched into the material of the bipolar plates 34, for example, as sheet metal beads.
  • the membrane 70 of the membrane electrode unit including subgasket is fixed between the insert seal 56 and the bipolar plate 34 in the Z direction 84 as shown in Figure 3 in such a way that it exposes the openings 60 in the insert seal 56 in the area of the H2O inlet port 38 shown here and runs within the distribution area 62 in a central arrangement 90 between two bipolar plates 34 lying one above the other.
  • the insert seal 56 is arranged between two bipolar plates 34 stacked on top of one another within the electrolysis cell stack 46 in such a way that they surround the FhO inlet port 38 and the insert seal 56 is fixed by one or both bipolar plates 34 within an X/Y plane 86. No further joining or holding elements are required to fix the insert seal 56.
  • the joining of the insert seal 56 between the two bipolar plates 34 takes place with the aid of the clamping force 54 acting on the bipolar plates 34 within the electrolysis cell stack 46.
  • the insert seal 56 between two superimposed bipolar plates 34 also serves to transmit force, in particular to transmit the clamping force 54 for clamping the electrolysis cell stack 46.
  • the insert seal 56 is mounted in the X/Y plane 86 by means of the at least one first X/Y support elevation 72.
  • the at least one first X/Y support elevation 72 does not necessarily have to extend around the entire circumference of the FhO inlet port 38 shown here as an example, but can also be constructed in segments and have interruptions, for example.
  • the at least one first X/Y support elevation 72 is preferably used to align the bipolar plate 34 when stacking the individual components of the electrolysis cell stack 46.
  • the bipolar plate 34 proposed according to the invention further comprises a second X/Y support elevation 74.
  • the two support elevations 72, 74 mentioned clamp the insert seal 56 between the two bipolar plates 34 without the need for fastening elements.
  • the at least one second X/Y support elevation 74, which extends in the opposite Z direction 92, does not have to run over the entire circumference of the H2O inlet port 38 shown here as an example, but can be designed in segments, i.e. with interruptions in the circumferential direction.
  • the bipolar plate 34 proposed according to the invention comprises said at least one second X/Y support elevation 74
  • the electrolysis cell stack 46 is pre-stacked and fully stacked using the at least one first X/Y support elevation 72 and the at least one second X/Y support elevation 74 as an alignment orientation.
  • a membrane 70 or a membrane electrode unit (or within the distribution area 62, its subgasket) is arranged between the individual bipolar plates 34 stacked on top of one another.
  • the subgasket enclosing the membrane 70 is preferably clamped between the insert seal 56 and the bipolar plates 34.
  • the bipolar plate 34 proposed according to the invention has at least one first Z-support elevation 76 which extends in the Z direction 84.
  • the membrane 70 is aligned on this in a central arrangement 90 between two bipolar plates 34 lying one above the other.
  • the bipolar plate 34 proposed according to the invention is provided with at least one further second Z-support elevation 78 which is offset in the X/Y direction 86 to the first.
  • This at least one second Z-support elevation 78 has opposite Z- Direction 92 with respect to the first mentioned, at least a first Z-support elevation 76.
  • the at least one first Z-support elevation 76 establishes a defined cathode-side distance of the membrane 70 from the bipolar plate 34, while the second, extending in the opposite Z-direction 92, at least one second Z-support elevation 78 establishes a defined anode-side distance of the membrane 70 or of its subgaskets from the bipolar plate 34.
  • the at least one first Z-support elevation 76 can be designed to run all the way around the FhO inlet port 38 shown here, whereas the at least one second Z-support elevation 78 does not have to run all the way around in order to ensure said media supply.
  • the bipolar plates 34 shown stacked on top of one another in Figure 3 are all arranged in a repeatable manner, with appropriate consideration of the positive and negative geometries on the anode and cathode sides, respectively, with a constant predetermined sheet thickness of the bipolar plates 34.
  • the designs described above are therefore particularly advantageous for bipolar plates 34 made of metallic material, which are made from only one sheet.
  • Said media channels 36 and the mentioned support elevations 72, 74, 76, 78 can be produced on the top and bottom 80, 82 of the bipolar plates 34 in a preferred embodiment by means of an embossing or punching process as part of sheet metal processing on a large scale.
  • the bipolar plate 34 described above is used as a repeating component 48 within an electrolyzer 44 and forms a contour on the anode side and on the opposite side the corresponding negative contour on the cathode side.
  • the membranes 70 arranged in the electrolysis cell stack 46 as part of a membrane electrode unit form the respective anode chambers 66 and the Cathode compartments 68 of the individual electrolysis cells 30 are separated from one another in the stack arrangement.
  • the illustration in Figure 4 shows a schematic representation of a bipolar plate 34 which has three media channels 36, namely the H2O inlet port 38, the FhO/Ch outlet port 40 and the Fh outlet port 42. Furthermore, the bipolar plate 34 according to the illustration in Figure 4 has a perimeter bead 94 which extends around the active area 64 and seals it. The perimeter bead 94 can also take over part of the sealing of the respective media channels 36 or the H2O inlet port 38, the FhO/Ch outlet port 40 and the Fh outlet port 42.
  • the insert seal 56 according to the illustration in Figure 3 can therefore also be used as a perimeter bead 94.
  • the bipolar plate 34 shown in the illustration according to Figure 4 can, analogously to the illustration according to Figure 3, be supported within the X/Y plane 86 by means of the at least one first X/Y support elevation 72 and the at least one second X/Y support elevation 74.
  • the at least one first Z support elevation 76 and the at least one second Z support elevation 78 already described in connection with Figure 3 can also be formed on the top or bottom side 80, 82 of the bipolar plate 34.
  • the bipolar plate 34 proposed according to the invention can advantageously be used in the electrolysis cell stack 46 for an electrolyzer 44.
  • the resulting electrolysis cell stack 46 is compressed by the clamping force 54, so that the bipolar plates 34 are each sealed against one another in a media-tight manner by means of the insert seal 56 or the perimeter bead 94.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bipolarplatte (34) für einen Elektrolyseur (44), wobei die Bipolarplatte (34) mehrere Medienkanäle (36), d. h. zumindest einen H2O-Einlassport (38), einen H2O-/O2-Auslassport (40) sowie einen H2-Auslassport (42) umfasst. Im Elektrolysezellenstapel (46) des Elektrolyseurs (44) sind als Wiederholbauteile (48) ausgeführte Bipolarplatten (34) übereinanderliegend angeordnet, jeweils einen Port (38, 40, 42) abdichtend, derart, dass eine Einlegedichtung (56) zwischen jeweils zwei übereinanderliegenden Bipolarplatten (34) durch diese in einer X-/Y-Ebene (86) fixiert ist. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Bipolarplatte (34) in einem Elektrolysezellenstapel (46) eines Elektrolyseurs (44).

Description

Bipolarplate für einen Elektrolyseur
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bipolarplatte für einen Elektrolyseur, wobei die Bipolarplatte mehrere Medienkanäle, zumindest einen FhO-Einlassport, einen FhO'/Ch-Auslassport und einen Fh-Auslassport umfasst. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Bipolarplatte in einem Brennstoffzellenstapel eines Elektrolyseurs.
Stand der Technik
DE 2020 215 012 A1 bezieht sich auf eine Bipolarplatte für eine elektrochemische Zelle, umfassend mindestens einen Port, eine aktive Fläche und ein Dichtungselement mit genau einer Öffnung zur Durchführung von mindestens einem Medium. Das Dichtungselement umgibt den mindestens einen Port. Darüber hinaus werden eine elektrochemische Zelle sowie ein Verfahren zum Betrieb einer elektrochemischen Zelle offenbart.
DE 101 58 772 C1 sowie DE 102 48 531 B4 betreffen Brennstoffzellenstapel mit einer Schichtung mehrerer Brennstoffzellen, wobei durch Bipolarplatten Medien zu- beziehungsweise abgeführt werden und Sickenanordnungen zur Abdichtung vorgesehen sind.
Bipolarplatten für Elektrolyseure können im Gegensatz zu Bipolarplatten, die an Brennstoffzellen eingesetzt werden, auch nur ein einzelnes Blech aufweisen, wenn nur zwei Medien, nämlich ein Anodenmedium und ein Kathodenmedium voneinander getrennt werden müssen. Bei Elektrolyseuren entfällt in der Regel das Kühlmedium. Die Kühlfunktion wird bei Elektrolyseuren von Wasser, d. h. dem Anodenmedium, welches bei der Wasserelektrolyse entsteht, übernommen.
Darstellung der Erfindung
Es wird eine Bipolarplatte für einen Elektrolyseur vorgeschlagen, wobei die Bipolarplatte mehrere Medienkanäle, zumindest einen FhO-Einlassport, einen FhO'/Ch-Auslassport sowie einen Fh-Auslassport umfasst. Innerhalb des Zellenstapels des Elektrolyseurs sind die Bipolarplatten als Wiederholbauteile übereinanderliegend, einen Port abdichtend aufgenommen und eine Einlegedichtung zwischen jeweils zwei übereinanderliegenden Bipolarplatten wird durch diese innerhalb einer X-/Y-Ebene fixiert.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine Bipolarplatte bereitgestellt werden, die als Wiederholbauteil innerhalb eines Zellenstapels mehrfach Verwendung finden kann und durch ihre Formgebung gleichzeitig die Kontur der Bipolarplatte auf der Anodenseite sowie die dazugehörige Kontur auf der Kathodenseite der Bipolarplatte erzeugt.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte ist eine Membran beziehungsweise ein Subgasket in Z-Richtung derart zwischen der Einlegedichtung und der Bipolarplatte fixiert, dass im Bereich der Ports Öffnungen der Einlegedichtung offenstehen.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte ist die Membran innerhalb eines Verteilungsbereichs der Bipolarplatte innerhalb des Zellenstapels im Wesentlichen in einer mittigen Anordnung positioniert. Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise etwa gleich große Kathoden- beziehungsweise Anodenräume schaffen.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte können in einem Anodenraum und/oder in einem Kathodenraum zwischen aus übereinanderliegenden Bipolarplatten gebildeten Elektrolysezellen Gas- beziehungsweise Fluiddiffusionslagen angeordnet sein. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte ist diese als Wiederholbauteil, insbesondere als geprägtes oder gestanztes metallisches Bauteil, insbesondere als Blechbauteil gefertigt. Dadurch lässt sich eine Großserienfertigung realisieren, insbesondere dann, wenn die Bipolarplatte als geprägtes Blechbauteil in einer geringen Dicke gefertigt werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte weist diese auf ihrer Oberseite zumindest eine erste X-/Y- Tragerhöhung und mindestens eine Z-Tragerhöhung auf. Weiterhin umfasst die Bipolarplatte an ihrer Unterseite mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung sowie mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung.
Wenn durch eine derartige Ausgestaltung der Bipolarplatte ein Bauteil mehrfach innerhalb eines Brennstoffzellenstapels eines Elektrolyseurs angeordnet wird, können Stapelhilfen bereitgestellt werden, so dass der Zellenstapel einfacher und präziser auch auf automatisiertem Weg aufgebaut werden kann. Über die ersten und zweiten X-/Y-Tragerhöhungen sowie die ersten und zweiten Z- Tragerhöhungen werden nach Einlegen der Einlegedichtung und Anordnen der Membran beziehungsweise des Subgaskets Anoden- und Kathodenräume definiert, ohne dass hierzu beim Aufbau des Zellenstapels weitere Ausrichteoder Fügeelemente benötigt würden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte sind die mindestens eine X-/Y-Tragerhöhung, die mindestens eine erste Z-Tragerhöhung, die mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung sowie die mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung als Blechsicken im Material der Bipolarplatte ausgeführt.
In einer Ausführungsvariante der Bipolarplatte können die mindestens eine erste X-/Y-Tragerhöhung, die mindestens eine erste Z-Tragerhöhung an der Oberseite sowie die mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung und die mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung an der Unterseite der Bipolarplatte im Bereich der Ports ununterbrochen kontinuierlich in Umfangsrichtung verlaufend ausgeführt sein, oder es können in einer weiteren Ausführungsvariante die genannten Tragerhöhungen auch segmentweise in Umfangsrichtung unterbrochen ausgeführt werden. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte sind die Öffnungen im Material der Einlegedichtung im Wesentlichen in horizontaler Richtung orientiert und können sowohl als Bohrungen oder auch als Querschlitze ausgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte ist die Membran beziehungsweise das die Membran umgebende Subgasket zwischen der Einlegedichtung einerseits und einer Oberseite der Bipolarplatte andererseits eingeklemmt. Zum Fixieren der Membran beziehungsweise des die Membran umgebenden Subgaskets sind mithin keine separaten Fügeelemente erforderlich.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte ist die Membran beziehungsweise das die Membran umschließende Subgasket durch die mindestens eine X-/Y-Tragerhöhung in mittiger Anordnung zwischen zwei übereinanderliegenden Bipolarplatten angeordnet. Durch diese Anordnung werden innerhalb einer einzelnen Brennstoffzelle innerhalb des Elektrolyseurs im Wesentlichen übereinstimmende Geometrien im Anoden- und im Kathodenraum der Brennstoffzelle erreicht.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte ist die mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung zur ersten X-/Y-Tragerhöhung versetzt angeordnet, wobei sich die erste X-/Y-Tragerhöhung in entgegengesetzte Z-Richtung erstreckt.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte stellt die mindestens eine X-/Y-Tragerhöhung einen definierten kathodenseitigen Abstand der Membran beziehungsweise des Subgaskets zur Bipolarplatte her, während die mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung einen definierten anodenseitigen Abstand der Membran beziehungsweise des Subgaskets zur Bipolarplatte herstellt.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Bipolarplatte in einem Zellenstapel, insbesondere eines Elektrolyseurs. Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung in Gestalt der Bipolarplatte wird eine einzige Wiederholeinheit bereitgestellt, so dass für einen Brennstoffzellenstapel, insbesondere eines Elektrolyseurs, nur eine Art von Bipolarplatten als einziges Wiederholbauteil erforderlich ist Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene, als Wiederholeinheit ausgestaltete Bipolarplatte wird durch ein Bauteil sowohl die Kontur der Bipolarplatte auf der Anodenseite als auch die dazugehörige negative Kontur der Bipolarplatte auf der Kathodenseite erzeugt. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bipolarplatte wird beispielsweise ein FhO-Einlass von der Einlegedichtung abgedichtet Diese dient hier auch zur Kraftübertragung der zum Verspannen der einzelnen den Zellenstapel bildenden Bipolarplatten mittels einer Klemmeinrichtung. Die Einlegedichtung ist hier mittels einer ersten X-/Y-Tragerhöhung, beispielsweise ausgebildet als eine Blechsicke, gelagert. Die erste X-/Y-Tragerhöhung ist nicht zwingend erforderlich über den gesamten Umfang des abzudichtenden H2O- Einlassports auszubilden, sondern kann beispielsweise auch aus einzelnen Segmenten mit Unterbrechungen zwischen diesen gefertigt werden. Die erste X- /Y-Tragerhöhung, beispielsweise ausgebildet als Blechsicke, dient des Weiteren der Ausrichtung der Bipolarplatte beim Vorstapeln der einzelnen Bipolarplatten, die schlussendlich den Brennstoffzellenstapel bilden.
Darüber hinaus kann die Bipolarplatte eine zweite Tragerhöhung aufweisen, die in entgegengesetzte Z-Richtung in Bezug auf die erste X-/Y-Tragerhöhung der Bipolarplatte ausgebildet wird. Durch die genannten ersten und zweiten X-/Y- Tragerhöhungen kann die Einlegedichtung eingeklemmt werden. Ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte mit der zweiten X-/Y- Tragerhöhung, ausgebildet als Blechsicke, versehen, wird bevorzugt der Brennstoffzellenstapel mittels der ersten X-/Y-Tragerhöhung und der zweiten X- /Y-Tragerhöhung als Ausrichtungsmerkmale beim Vorstapeln aufgebaut.
Die Einlegedichtung ist, je nachdem, welcher der Ports der Bipolarplatte abzudichten ist, mit Öffnungen versehen, die in horizontaler Richtung zur Anode oder zur Kathode der zu versorgenden Brennstoffzelle verlaufen. Diese Öffnungen können beispielsweise als Bohrungen oder auch als Querschlitzungen ausgebildet sein. Darüber hinaus ist in vorteilhafter Weise die erfindungsgemäß vorgeschlagene, als Wiederholbauteil ausgebildete Bipolarplatte mit mindestens einer ersten Z- Tragerhöhung und mindestens einer zweiten Z-Tragerhöhung versehen. Durch die genannten Tragerhöhungen, die sich in Z-Richtung sowie in zu dieser entgegengesetzte Z-Richtung erstrecken, lässt sich eine mittige Anordnung der Bipolarplatte erreichen. In diesem Fall sind in vorteilhafter Weise die entstehenden Anoden- und Kathodenräume von übereinstimmender Gestalt. Über die erste Z-Tragerhöhung kann ein definierter kathodenseitiger Abstand zwischen der Membran beziehungsweise dem die Membran umgebenden Subgasket zur Bipolarplatte hergestellt werden, während über die zweite Z- Tragerhöhung in Gestalt einer Auflagesicke ein definierter anodenseitiger Abstand der Membran beziehungsweise des die Membran umgebenden Subgaskets zur Bipolarplatte hergestellt werden kann.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte wird ein Bauteil dargestellt, welches in einen Brennstoffzellenstapel unter Vorsehen der Membran beziehungsweise des die Membran aufnehmenden Subgaskets und die Einlegedichtung verbaut wird. Die Bipolarplatten sind wiederholbar angeordnet, unter entsprechender Berücksichtigung der Positiv- beziehungsweise Negativgeometrien auf Anoden- beziehungsweise Kathodenseite bei im Wesentlichen konstanter Blechdicke. Insbesondere ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte aus metallischem Material gefertigt und umfasst bevorzugt ein dünnwandiges Blech. Da aus diesem Material die Medienkanäle als Ausstanzungen in eckigem oder kreisrundem Querschnitt gefertigt werden können, können die besagten Tragerhöhungen als Sicken, insbesondere als Blechsicken, im Material der Bipolarplatte ausgebildet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine bekannte Einlegedichtung, wie sie für einen Zellenstapel in Elektrolysezellen Verwendung findet, Figur 2 eine Bipolarplatte in der Draufsicht mit drei Ports, einem H2O- Einlassport, einem FhO-Auslassport sowie einem Fh-Auslassport,
Figur 3 einen Ausschnitt aus einem Elektrolysezellenstapel eines Elektrolyseurs mit Wiederholbauteilen und als Wiederholbauteilen ausgebildeter Bipolarplatte und
Figur 4 eine Ausführungsvariante der Bipolarplatte mit einer umlaufend ausgebildeten Perimetersicke.
Figur 1 zeigt die schematische Darstellung eines Ports 12, der von einem Dichtungselement 10 umgeben ist. In einer Öffnung 14 ist ein Einlegeteil 16 mit einer Stützstruktur 18 angeordnet, wobei die Stützstruktur 18 beispielsweise als Wellblech 20 ausgebildet ist und einen Steg 22 des Dichtungselements 10 abstützt. Mit Bezugszeichen 24 ist ein Medium bezeichnet, welches den in Figur 1 perspektivisch dargestellten Port 12 passiert.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Figur 2 zeigt in der Draufsicht in schematischer Weise eine für einen Elektrolyseur vorgesehene erfindungsgemäße Ausführungsvariante der Bipolarplatte 34 mit einem FhO-Einlassport 38, einem FhO/Ch-Auslassport 40, sowie einem Fh-Auslassport 42. Aus der Draufsicht gemäß Figur 2 geht hervor, dass eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte 34 eine Anzahl von Medienkanälen 36 aufweist. Die Medienkanäle 36 sind beispielsweise als ein H2O- Einlassport 38, ein FhO/Ch-Auslassport 40 sowie ein Fh-Auslassport 42 gestaltet. Wenngleich in der Darstellung gemäß Figur 2 sämtliche Medienkanäle 36 einen im Wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen, können die Querschnitte der Medienkanäle 36 abweichend von der Darstellung gemäß Figur 2 beispielsweise auch in kreisrunder Geometrie gefertigt sein. Bei der in der Draufsicht gemäß Figur 2 dargestellten Bipolarplatte 34 handelt es sich um ein dünnwandiges Blechbauteil, welches durch Präge- und Stanzverfahren einfach umformbar ist und welches erfindungsgemäß als Wiederholbauteil 48 zum Übereinanderstapeln und zum Aufbau eines Elektrolysezellenstapels 46 für einen Elektrolyseur 44 dient.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines Elektrolysezellenstapels 46 eines Elektrolyseurs 44 mit als Wiederholbauteilen 48 ausgebildeten, aus metallischem Material gefertigten Bipolarplatten 34, welche eine Membran-Elektroden-Einheit in Gestalt einer von einem Subgasket umgebenen Membran 70 aufweisen.
Gemäß der Darstellung in Figur 3 ist im Schnitt ein FhO-Einlassport 38 dargestellt. Um diesen herum sind innerhalb des Elektrolysezellenstapels 46 übereinanderliegend eine Anzahl von als Wiederholbauteile 48 ausgebildeter erfindungsgemäßer Bipolarplatten 34 angeordnet. Zwischen den einzelnen Bipolarplatten 34 des Elektrolysezellenstapels 46 gemäß der Darstellung in Figur 3 befinden sich Einlegedichtungen 56. Die Einlegedichtungen 56 sind auf ihrer, einem Verteilungsbereich 62 zugewandten Seite mit einer im Wesentlichen in horizontaler Richtung orientierten Öffnung 60 versehen. Die Öffnung 60 kann entweder als Bohrung oder auch als Querschlitz oder dergleichen ausgebildet sein.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht des Weiteren hervor, dass der hier im Schnitt dargestellte FhO-Einlassport 38 symmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse 50 ausgebildet ist. Eine Strömungsrichtung von H2O durch den FhO-Einlassport 38 ist in Figur 3 durch Bezugszeichen 52 identifiziert. Der Elektrolysezellenstapel 46, von dem in der Darstellung gemäß Figur 3 nur ein Teil dargestellt ist, wird durch das Aufbringen einer Klemmkraft 54 komprimiert. Die Klemmkraft 54 wird zum Teil durch die Einlegedichtungen 56 übertragen. Die Einlegedichtung 56 ist in der Darstellung gemäß Figur 3 im Wesentlichen in Ringform 58 ausgebildet und dient als Übertragungsort der Klemmkraft 54, mit der die den Elektrolysezellenstapel 46 bildenden Bipolarplatten 34 gegeneinander verspannt sind.
Die in der Wand der Einlegedichtung 56, bevorzugt in Ringform 58 ausgebildeten Öffnungen 60 münden in einen Verteilungsbereich 62, an den sich ein Aktivbereich 64 der Bipolarplatten 34 anschließt, die von einem hier nicht näher dargestellten Subgasket umschlossen sein können.
Die einzelnen, als Wiederholbauteile 48 ausgebildeten Bipolarplatten 34 werden im Elektrolysezellenstapel 46 im Wesentlichen übereinanderliegend angeordnet. Dabei bilden Oberseiten 80 und Unterseiten 82 der Bipolarplatten 34 jeweils Anodenräume 66 beziehungsweise Kathodenräume 68. Diese wiederum sind durch die von einem Subgasket umschlossene Membran 70 der Membran- Elektroden-Einheit voneinander getrennt.
Bevorzugt werden die Bipolarplatten 34 als Blechbauteile gestanzt oder geprägt und sind als Wiederholbauteile 48 ausgeführt. Aus der Darstellung gemäß Figur 3 ergibt sich, dass an der Oberseite 80 der Bipolarplatten 34 mindestens eine erste X-/Y-Tragerhöhung 72 sowie mindestens eine erste Z-Tragerhöhung 76 ausgebildet sind. Die Tragerhöhungen 72, 76 können beispielsweise als Blechsicken in das Material der Bipolarplatten 34 eingeprägt oder eingestanzt werden. An der Unterseite 82 der Bipolarplatten 34 gemäß der Darstellung in Figur 3 befindet sich mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung 74 sowie mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung 78. Die Membran 70 der Membran- Elektroden-Einheit inklusive Subgasket ist gemäß der Darstellung in Figur 3 derart zwischen der Einlegedichtung 56 und der Bipolarplatte 34 in Z-Richtung 84 fixiert, dass sie im Bereich des hier dargestellten H2O- Einlassports 38 die Öffnungen 60 in der Einlegedichtung 56 freigibt und innerhalb des Verteilbereichs 62 in mittiger Anordnung 90 zwischen jeweils zwei übereinanderliegenden Bipolarplatten 34 verläuft. Bei den Bipolarplatten 34, wie in Figur 3 dargestellt, wird die Einlegedichtung 56 zwischen zwei übereinandergestapelten Bipolarplatten 34 innerhalb des Elektrolysezellenstapels 46 derart angeordnet, dass diese den FhO-Einlassport 38 umgeben und die Einlegedichtung 56 von einer oder beiden Bipolarplatten 34 innerhalb einer X-/Y-Ebene 86 fixiert wird. Zur Fixierung der Einlegedichtung 56 sind keine weiteren Fügebeziehungsweise Halteelemente erforderlich. Das Fügen der Einlegedichtung 56 zwischen den beiden Bipolarplatten 34 erfolgt mit Hilfe der auf die Bipolarplatten 34 innerhalb des Elektrolysezellenstapels 46 einwirkenden Klemmkraft 54.
Die Einlegedichtung 56 zwischen zwei jeweils übereinanderliegenden Bipolarplatten 34 dient des Weiteren zur Kraftübertragung, insbesondere zur Übertragung der Klemmkraft 54 zum Verspannen des Elektrolysezellenstapels 46. Die Einlegedichtung 56 ist mittels der mindestens einen ersten X-/Y- Tragerhöhung 72 in der X-/Y-Ebene 86 gelagert. Die genannte, mindestens eine erste X-/Y-Tragerhöhung 72 muss sich nicht notwendigerweise um den gesamten Umfang des hier beispielhaft dargestellten FhO-Einlassports 38 erstrecken, sondern kann beispielsweise auch segmentweise aufgebaut sein und Unterbrechungen aufweisen. Bevorzugt dient die mindestens eine erste X-/Y- Tragerhöhung 72 der Ausrichtung der Bipolarplatte 34 beim Aufstapeln der einzelnen Komponenten des Elektrolysezellenstapels 46.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte 34 weist des Weiteren eine zweite X-/Y-Tragerhöhung 74 auf. Durch die beiden genannten Tragerhöhungen 72, 74 wird die Einlegedichtung 56, ohne dass Befestigungselemente erforderlich sind, zwischen den beiden Bipolarplatten 34 eingeklemmt. Auch die mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung 74, die sich in entgegengesetzter Z-Richtung 92 erstreckt, muss nicht über den gesamten Umfang des hier beispielhaft dargestellten H2O- Einlassports 38 verlaufen, sondern kann segmentweise, d. h. mit Unterbrechungen in Umfangsrichtung ausgeführt sein. Weist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte 34 besagte mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung 74 auf, wird der Elektrolysezellenstapel 46 mittels der mindestens einen ersten X-/Y-Tragerhöhung 72 sowie der mindestens einen zweiten X-/Y-Tragerhöhung 74 als Ausrichtungsorientierung vor- und fertiggestapelt.
Wie des Weiteren aus der Darstellung gemäß Figur 3 hervorgeht wird zwischen den einzelnen übereinandergestapelten Bipolarplatten 34 jeweils eine Membran 70 oder eine Membran-Elektroden-Einheit (beziehungsweise innerhalb des Verteilungsbereichs 62 deren Subgasket) angeordnet. Bevorzugt wird das die Membran 70 umschließende Subgasket zwischen der Einlegedichtung 56 und den Bipolarplatten 34 eingeklemmt. Für diesen Fall weist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte 34 mindestens eine erste Z-Tragerhöhung 76 auf, die sich in Z-Richtung 84 erstreckt. An dieser wird die Membran 70 in mittiger Anordnung 90 zwischen jeweils zwei übereinanderliegenden Bipolarplatten 34 ausgerichtet. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte 34 mit mindestens einer weiteren zweiten, in X-/Y-Richtung 86 zur ersten versetzten Z-Tragerhöhung 78 versehen. Diese mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung 78 weist in entgegengesetzte Z- Richtung 92 in Bezug auf die erstgenannte, mindestens eine erste Z- Tragerhöhung 76.
In der Schnittdarstellung gemäß Figur 3, die einen Ausschnitt des Elektrolysezellenstapels 46 des Elektrolyseurs 44 darstellt, stellt die mindestens eine erste Z-Tragerhöhung 76 einen definierten kathodenseitigen Abstand der Membran 70 zur Bipolarplatte 34 her, während die zweite, sich in entgegengesetzte Z-Richtung 92 erstreckende, mindestens eine zweite Z- Tragerhöhung 78 einen definierten anodenseitigen Abstand der Membran 70 beziehungsweise von deren Subgaskets zur Bipolarplatte 34 herstellt.
Um eine Medienversorgung des Aktivbereichs 64 der einzelnen Elektrolysezellen 30 innerhalb des Elektrolysezellenstapels 46 des Elektrolyseurs 44 sicherzustellen, kann die mindestens eine erste Z-Tragerhöhung 76 um den hier dargestellten FhO-Einlassport 38 umlaufend ausgebildet sein, wohingegen die mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung 78 nicht umlaufend auszubilden ist, um besagte Medienversorgung zu gewährleisten.
Die in Figur 3 übereinandergestapelt dargestellten Bipolarplatten 34 sind allesamt wiederholbar angeordnet, mit einer entsprechenden Berücksichtigung der Positiv- und Negativgeometrien auf der Anoden- beziehungsweise Kathodenseite bei einer konstanten vorgegebenen Blechdicke der Bipolarplatten 34. Die vorstehend beschriebenen Ausführungen sind daher insbesondere für aus metallischem Material ausgebildete Bipolarplatten 34 vorteilhaft, welche aus nur einem Blech gefertigt sind. Besagte Medienkanäle 36 sowie die erwähnten Tragerhöhungen 72, 74, 76, 78 lassen sich auf Oberseite und Unterseite 80, 82 der Bipolarplatten 34 in bevorzugter Ausführungsform mittels eines Präge- oder Stanzverfahrens im Rahmen einer Blechbearbeitung im Großserienmaßstab herstellen.
Die vorstehend beschriebene Bipolarplatte 34 dient zum Einsatz als Wiederholbauteil 48 innerhalb eines Elektrolyseurs 44 und bildet einerseits eine Kontur auf Anodenseite und auf der gegenüberliegenden Seite unmittelbar die dazugehörige negative Kontur auf Kathodenseite. Durch die im Elektrolysezellenstapel 46 jeweils angeordneten Membranen 70 als Teil einer Membran-Elektroden-Einheit werden die jeweiligen Anodenräume 66 sowie die Kathodenräume 68 der einzelnen Elektrolysezellen 30 in der Stapelanordnung voneinander getrennt.
Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte 34 zu entnehmen, die drei Medienkanäle 36 aufweist, nämlich den H2O- Einlassport 38, den FhO-ZCh-Auslassport 40 sowie den Fh-Auslassport 42. Des Weiteren weist die Bipolarplatte 34 gemäß der Darstellung in Figur 4 eine Perimetersicke 94 auf, die sich um den Aktivbereich 64 herum erstreckt und diesen abdichtet. Die Perimetersicke 94 kann auch einen Teil der Abdichtung der jeweiligen Medienkanäle 36 beziehungsweise des H2O- Einlassports 38, des FhO/Ch-Auslassports 40 sowie des Fh-Auslassports 42 übernehmen. Die Einlegedichtung 56 gemäß der Darstellung in Figur 3 kann somit auch als Perimetersicke 94 Verwendung finden. Des Weiteren kann die in der Darstellung gemäß Figur 4 dargestellte Bipolarplatte 34, analog zur Darstellung gemäß Figur 3, mittels der mindestens einen ersten X-/Y-Tragerhöhung 72 sowie der mindestens einen zweiten X-/Y-Tragerhöhung 74 innerhalb der X-/Y-Ebene 86 gelagert werden. Zur Lagerung der Membran 70 beziehungsweise der Membran- Elektroden-Einheit können auch besagte, im Zusammenhang mit Figur 3 bereits beschriebene mindestens eine erste Z-Tragerhöhung 76 und die mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung 78 an Ober- beziehungsweise Unterseite 80, 82 der Bipolarplatte 34 ausgebildet werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte 34 kann in vorteilhafter Weise im Elektrolysezellenstapel 46 für einen Elektrolyseur 44 Verwendung finden. In vorteilhafter Weise werden lediglich Bipolarplatten 34 und Membranen 70 beziehungsweise Membran-Elektroden-Einheiten, gegebenenfalls umgeben von Subgaskets, sowie Einlegedichtungen 56 oder optional Perimetersicken 94, als Bauteile eingesetzt. Der erhaltene Elektrolysezellenstapel 46 wird durch die Klemmkraft 54 komprimiert, so dass die Bipolarplatten 34 jeweils mittels der Einlegedichtung 56 beziehungsweise der Perimetersicke 94 mediendicht gegeneinander abgedichtet sind.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1 . Bipolarplatte (34) für einen Elektrolyseur (44), wobei die Bipolarplatte (34) mehrere Medienkanäle (36), zumindest einen FhO-Einlassport (38), einen FhO'/Ch-Auslassport (40) und einen Fh-Auslassport (42) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrolysezellenstapel (46) des Elektrolyseurs (44) als Wiederholteile (48) ausgeführte Bipolarplatten (34) übereinanderliegend Ports (38, 40, 42) abdichtend aufgenommen sind und eine Einlegedichtung (56) zwischen jeweils zwei übereinanderliegenden Bipolarplatten (34) durch diese in einer X-/Y- Ebene (86) fixiert ist.
2. Bipolarplatte (34) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran (70) in Z-Richtung (84) derart zwischen der Einlegedichtung (56) und der Bipolarplatte (34) fixiert ist, dass im Bereich der Ports (38, 40, 42) Öffnungen (60) der Einlegedichtung (56) offenstehen.
3. Bipolarplatte (34) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (70) innerhalb eines Verteilungsbereichs (62) der Bipolarplatte (34) im Elektrolysezellenstapel (46) in einer mittigen Anordnung (90) positioniert ist.
4. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Anodenraum (66) und/oder einem Kathodenraum (68) in der durch zwei übereinanderliegende Bipolarplatten (34) gebildeten Elektrolysezelle (30), insbesondere PEM- oder AEM-Elektrolysezelle, Fluiddiffusionslagen angeordnet sind.
5. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatten (34) als Wiederholbauteile (48) und als geprägte oder gestanzte metallische Bauteile, insbesondere Blechbauteile gefertigt sind.
6. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (34) auf ihrer Oberseite (80) zumindest eine erste X-/Y-Tragerhöhung (72) und mindestens eine erste Z-Tragerhöhung (76) aufweist.
7. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (34) an ihrer Unterseite (82) mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung (74) und mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung (78) aufweist.
8. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste X/Y-Tragerhöhung (72), die mindestens eine erste Z-Tragerhöhung (76), die mindestens eine zweite X-/Y-Tragerhöhung (74) und die mindestens eine zweite Z- Tragerhöhung (78) als Blechsicken im Material der Bipolarplatte (34) ausgeführt sind.
9. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste X-/Y-Tragerhöhung (72), die mindestens eine erste Z-Tragerhöhung (76), die mindestens eine zweite X-/Y- Tragerhöhung (74) und die mindestens eine zweite Z-Tragerhöhung (78) im Bereich der Ports (38, 40, 42) ununterbrochen kontinuierlich in Umfangsrichtung umlaufend oder segmentweise in Umfangsrichtung unterbrochen ausgeführt sind.
10. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (60) im Material der Einlegedichtung (56) horizontal verlaufen und als Bohrungen oder Querschlitze ausgeführt sind.
11 . Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (70) zwischen der Einlegedichtung (56) und einer Oberseite (80) der Bipolarplatte (34) eingeklemmt ist.
12. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (70) durch die mindestens eine erste X-/Y-Tragerhöhung (72) in mittiger Anordnung (90) zwischen zwei übereinanderliegenden Bipolarplatten (34) angeordnet ist.
13. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (34) mindestens eine zweite X- /Y-Tragerhöhung (74) aufweist, die zur ersten X-/Y-Tragerhöhung (72) versetzt angeordnet ist und in der zur ersten X-/Y-Tragerhöhung (72) entgegengesetzten Z- Richtung (92) weist
14. Bipolarplatte (34) gemäß den Ansprüchen 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste X-/Y-Tragerhöhung (72) eine einen definierten bodenseitigen Abstand der Membran (70) zur Bipolarplatte (34) herstellt und die zweite X-/Y-Tragerhöhung (74) einen definierten bodenseitigen Abstand der Membran (70) zur Bipolarplatte (34) herstellt.
15. Verwendung der Bipolarplatte (34) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Elektrolysezellenstapel (46) eines Elektrolyseurs (44).
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